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氢能源,另一种未来?

2022-09-13 16:14

美财经作家凯文·凯利(Kevin Kelly)在90年代初凭借撰写《失控/Out of Control》精确预言了未来世界互联网产业链走向繁荣。

他在书里面有一个观点很值得当下的实体产业借鉴,他提到“20年以后最伟大的产品,现在还未被发明”,将这句话的逻辑放在氢能源产业,可以推导出类似的观点。

未来20年最优秀的氢能源企业,也许现在还未创立,但从某种趋势来看,氢能源产业链正在从科学幻想逐渐生长为近未来的经济引擎。

凯文·凯利被硅谷视为精神领袖,70岁左右高龄访问中国,与腾讯创始人马化腾等企业家会面。

他关注的产业趋势主要在物联网方向,《失控》提到的科技产业链发展逻辑的预言并未结束,近未来会出现更多的屏幕,无处不在,小孩子从出生开始就熟悉屏幕的存在,更多的屏幕互相链接,促进物联网产业的壮大。

01 如果没有氢能源?

氢能源则是另辟蹊径,从另一个视角出发,展现出一条不仅仅是物联网的未来。

如果只有物联网,我们所生活的未来可能是一个能源极度缺乏的世界,人们被缺电的生活困扰,被技术垄断的经济生活挤压普通人的生存空间,少数产业的日益成熟和无节制的非理性发展进一步摧毁环境。

气候逐渐恶劣化,随处可见的酸雨降临全球主要城市,伴随工业粉尘的雾霭随机出现在郊县,汽车尾气和工业废气变成市民生活的一部分。

年久失修的街道景观提醒着行人很多年前那个已经逝去的黄金时代,一道不规则的自然形成的界限,将城市分为拥挤的平民窟和整洁靓丽的富人区。

虽然年轻人可以戴着VR眼睛控制虚拟角色用于工作或者娱乐,响亮的金属音乐传达出普通人压抑的躁乱情绪,想法被屏蔽,异议被禁止表达,上升空间被剪除,结束完元宇宙的愉快生活,推开门,就能看到平民窟暗黑的天空,逼仄的街角,房子与街道的缝隙处弥漫着尿骚味和霉味。

这是标准的赛博朋克,高技术、低效能经济。

这是你想要的未来吗?

如果没有氢能源产业链参与,那么上面的画面很大概率沦落为现实。

如果氢能源产业链发展充分,资本、技术、政策一起拉动这个产业,那么科技树的主线商业航天就会被“点亮”。

人类就不用挤在这个已经过度拥挤的星球,而是踏上一条光明的、伟大的星际海航之路。

宇宙,人类最后的边疆,生生不息,繁荣昌盛。

02 为什么是氢能源?

氢气不属于能源型燃料,但是它经过各种“反应”,可以发生能量。

横挂在宇宙中的恒星均是“氢”元素发生核聚变产生的能量,通过电解水或者微生物分解也能得到氢能源。

氢气的密度比空气低,是宇宙中最轻的物质之一,当我们把它制作成燃料时,最终成品形式不一,可以压缩成密度更高的高压氢气,比较常见的也有像牙膏一样的“非牛顿流体”,呈现灰色。

据央视2019年的一组采访,广东一家氢能源大巴企业的董事长当着记者的面,在镜头前,用杯子接氢能源汽车尾部喷射出的水,直接喝掉,他表示氢气不会对外界释放二氧化碳等物质,氢能源燃烧殆尽,释放出来的是纯净水。

根据权威资料,汽车在燃烧氢气时污染低,除了释放极少数氮氧化物,不会排放任何炭,其次,氢燃料电池将氢气和氧气转化为电能,能量效率比内燃机更高。

传统内燃机的能量效率差不多在20%~30%之间,比较差的氢燃料电池的能量效率可以提高到35%~45%之间。

美国现在最高水平的技术可以将氢能源的能量使用效率提高到90%左右,但这些产品无法量产,因为产业链缺乏,技术不够成熟且不稳定。

氢能源产业链将制氢分为三种,灰氢、蓝氢、绿氢。

  • 灰氢:

凭借化石燃料燃烧后提炼出氢气,在生产过程重产生大量二氧化碳。

 

  • 蓝氢:

在灰氢的基础上,应用碳捕集和封存技术,实现低碳制氢

  • 绿氢:

凭借太阳能、风力等可再生能源发电进行电解水制氢,在制氢过程中没有碳排放。

氢能源产业上游以制氢为主,据毕马威中国提供的消息称,从上游制氢来看,电解水制氢是最有发展潜力的绿色氢能生产方式,特别是利用可再生能源进行电解水制氢是目前众多氢气来源方案中碳排放最低的工艺,与全球低碳减排的能源发展趋势最为吻合,而电价和电解槽成本是实现绿氢规模化生产的关键。

氢能源产业中游以储能和运输氢能源为主,高压气态储氢、低温液态储氢已进入商业应用阶段,有机液态储氢、固体材料储氢尚处于技术研发阶段。

气态储氢是目前发展相对成熟、应用较广泛的储氢技术,但该方式仍然在储氢密度和安全性能方面存在瓶颈。长管拖车为主的气态运输,是当前较为成熟的运输方式。

氢能源产业链下游以工业、交通为主,比如研制出氢能源重卡、氢能源汽车,将氢用做替代煤炭、原油等化工品的物质,是下一代工业体系不可缺少的工业品。

氢能源,商业航天,可控核聚变,光伏产业链一旦组合,人类就可以成为跨越两颗星球的物种了。

我们现在所处的时代,实际上是星际文明的前夜。

从氢能源产业链到城市里架设可控核聚变发电站,在太空飞船中安装小型核聚变引擎,这样的科技树发展进程,可能是一种必然。

氢能源在其中起着一个桥梁的作用。

03 氢能源产业链发展趋势

氢能源目前还没有成熟的完整产业链,各国都在推动该产业的发展,中国的产氢量已经达到世界第一,据《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》描述2021年中国的年产氢量达到3300万吨。

这不意味着未来中国可以长期保持氢能源优势,科技领域随时有可能出现跳跃式的技术,产能短时间上升,这也导致氢能源的产量实际上是不可能预估的,所有的预估只会与实际情况差异非常大。

技术创新是变量,没办法提前预知什么时候会出现,一旦出现,产业结构就会发生剧烈变化。

据中国氢能产业联盟预计,到2030年我国氢气的年需求量将达到约4000万吨,在终端能源消费中占比约为5%, 其中可再生氢供给可达约770万吨。到2060年,氢气的年需求量有望增至1.3 亿吨左右,在终端能源消费中的占比约为 20%,其中70%为可再生能源制氢。

这个数据暂时只能作为可能性,不能作为精确预言,在一定程度上可以成为氢能源行业的指向标。

国内在政策层面早在2019年3月,就将氢能写入《政府工作报告》,计划在公共领域加快充电、加氢等设施的建设。

2021年中国新建100座加氢站,累计建成数量达218座,2022上半年我国加氢站的数量增加到270座。

氢燃料电池为建筑物发电的同时,也会将余热用于供暖和热水。

将氢气运输到建筑物,可借助较为完善的家庭天然气管网,以小于20%的比例将氢气掺入天然气,运输到普通住户家里。

据估计,2050年全球10%的建筑供热和8%的建筑供能将由氢气提供,每年可减排7亿吨二氧化碳,这是实现碳中和的重要一步。

2019年8月,我国首个兆瓦级氢储能项目在安徽六安落地,并于2022年成功实现并网发电。

氢能源重卡在现阶段应用比较多,2019年49吨载重燃料电池重卡价格约180万/台,2022年大约为150万/台,国内氢气加注的成本也很高,价格普遍在55元/公斤,是同类型柴油重卡的2-3倍。

搭载250kWh锂电池的重卡续航仅为130公里,采用240kW燃料电池系统+氢系统的重卡续航可以达到700公里,在运营里程长的港口、矿场、渣土运输等干线中长途物流等相对固定的场景,加氢站布局相对容易,发展燃料电池重卡更有优势。

仅从自然资源考虑,国内开发氢能源占据优势的是山西,山西是世界最大的炼焦煤生产基地,炼焦煤保有储量占到了全国的60%,工业副产氢潜力约260万吨/年,可再生能源制氢产能110万吨,占全国9.25%。而且山西煤、焦、铝、冶、电五大产业可以共同带动约40万辆重卡的应用场景。

但山西的资本环境并不是很好,很难出现类似协鑫、隆基绿能这样的企业。

中核集团最近也推出一系列核能制氢项目,该公司与一家传统能源公司东华能源合作,开发氢能源,依靠核能制氢的效率为30%。

中核集团在2020年时曾经计划将高温气冷堆与热化学循环制氢技术耦合,目标建成一座600 MW超高温气冷堆,与一座产氢50000Nm3/h的热化学制氢工厂匹配生产。

现阶段的氢能源仍然处于起步阶段,未来可期。

04 谈谈氢能源产业链的企业

国内暂时没有主营业务为氢能源的企业,产业链的各个部分不少光伏、煤炭、核能等企业参与进来。

位于山西的煤炭行业的企业美锦能源以炼煤为主,由于在炼焦工艺中释放的焦炉煤气约含55%的氢气,这种制氢气的方式可以实现大规模生产、低成本制造,美锦能源就将制造氢气作为其业务之一。

美锦能源估算该公司可从焦炉煤气重可提取6.4万吨/年的氢气,可满足24000台中型卡车或18000台8.6m公交车一年的用气需求。

该公司在广东佛山(1座)、云浮(1座)、山西晋中(1座)、山西太原(1座)、北京市(2座)、山东青岛(1座)、浙江嘉兴(1座),拥有8座已建成加氢站,另外美锦能源将于十四五期间规划建设300座加氢站。

据AI风控系统RiskRaider风险雷达对美锦能源的风险检测和评估,如下:

 

 

 

 

 

隆基绿能作为一家以研制光伏产品为主的新能源企业,如今也开始投入到氢能源领域,该公司研制了一款制氢气的机器。

这款机器被称为“碱性水电解槽”,产品代号为LHy-A1000,可高效降低制作氢气的成本。

碱性电解槽核心优势有三,其一,绿色环保。不光从生产环节过程中没有污染排放,而且纯度也比较高;

其二,生产灵活。可以实现大规模的分布式利用,特别是目前碱性电解水产能规模比较大,在大规模的光伏发电,风力发电转换成氢能储备运用当中,碱性电解水制氢具有较多的优势。

其三,碱性电解槽电极、电池以及膜的价格相对低廉,具有长期稳定性、效率高等优点。这些特性以及电极不需要稀贵金属等优势,使得碱性电解水制氢成为生产绿色氢气比较有希望的候选者。

据AI风控系统RiskRaider风险雷达对隆基绿能的风险检测和评估,如下:

 

 

 

 

 

05 国际市场需求

1970年,美国通用公司的技术中心在对外演讲中提到氢能源代替石油的可能性,描绘了氢能源生产、配送、贮存及使用的市场运作体系。

1973年石油危机爆发,美国制造业产业界开始逐渐认真考虑氢能源的可能性。

越来越多的证据表明石油在短期内不会枯竭,随着技术进步,更多的石油会被发现,但石油伴随着其他不可控因素经常引发全球精英对未来的担忧。

从长远来讲,长期依赖石油,工业体系无法进步,人类也只能锁死在这颗无聊的星球。

可能由于美国的石油产业链过于发达,美国从曾经的石油进口国转变为出口国,没有太多的资本和技术团队研发氢能源。

美国是第一个提出氢能源产业概念的市场,中国生产的氢能源吨位在列全世界第一位,冰岛比较早的将氢能源经济作为长期目标投资和建设的市场。

冰岛预计到2050年成为氢经济国家,冰岛位于北极圈附近,远离石油富藏区域,30万人口的冰岛依赖于海外运石油到岛上。

冰岛的工业以生物医药、渔业、旅游业为主,石油主要用于支持发电、捕鱼船、汽车。

岛上拥有丰富的地热资源,发电成本实际上低于碳氢化合物价格,多余的电力冰岛转化成出口产品和烃替代品。

在2002年,它通过电解产生氢气2000吨,主要用于生产对化肥的氨(NH3)。氨在世界各地被生产、运输和使用,氨90%的成本的是产生它的能量的成本。冰岛也正在开发铝冶炼行业。铝的成本主要是由运行冶炼厂的电力成本。这些行业可以有效地出口所有的冰岛地热发电的潜力。

在首都雷克雅未克(Reykjavík),部分公交车由氢能源牵动。

冰岛的市场过于狭小,氢能源企业的壮大依赖更大的市场,从这个视角看,中国、欧洲、美国市场可能会更值得期待。

氢能源在不久的将来,也可能会成为中国经济的支柱性产业之一,中国氢能源企业面对的将是全球市场。

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